Астрономы впервые зафиксировали тесную пару сверхмассивных чёрных дыр в галактике Markarian 501

Сверхмассивные чёрные дыры с массой от 100 миллионов до 1 миллиарда Солнц — одни из самых таинственных объектов в космосе. Теоретически они должны расти через слияния, однако прямое наблюдение тесной пары таких гигантов долгое время оставалось невыполнимой задачей. Международная команда учёных под руководством Зильке Бритцен из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) совершила прорыв, обнаружив доказательства существования такой системы в центре галактики Markarian 501.

Исследователи проанализировали данные радиотелескопов, накопленные за 23 года наблюдений на разных частотах. В результате удалось выявить два мощных потока частиц — джетов, движущихся со скоростями, близкими к световым. Один из них направлен в сторону Земли, поэтому кажется значительно ярче, второй же долгое время оставался скрытым. Длительный анализ показал, что второй джет совершает циклическое движение против часовой стрелки вокруг центральной чёрной дыры, что стало прямым признаком орбитального вращения пары объектов.

Иллюстрация: Emma Kun / HUN-REN Konkoly Observatory

В июне 2022 года система преподнесла сюрприз: излучение сформировало кольцо Эйнштейна. Гравитационное поле первой чёрной дыры искривило свет второго джета, создав почти идеальный круг. Это редкое явление гравитационного линзирования подтвердило, что две чёрные дыры идеально выровнены относительно нашей линии наблюдения.

По расчетам астрономов, объекты вращаются друг вокруг друга с периодом около 121 дня, а расстояние между ними составляет от 250 до 540 астрономических единиц — крайне мало для тел такого колоссального масштаба. Ученые полагают, что при сохранении такой динамики слияние произойдет примерно через 100 лет. Это событие породит низкочастотные гравитационные волны, доступные для детектирования современными системами вроде Pulsar Timing Array (PTA). Таким образом, Markarian 501 становится важнейшим объектом для изучения фонового гравитационного излучения Вселенной.

Метод косвенного наблюдения через джеты оказался чрезвычайно эффективным, так как даже возможности Event Horizon Telescope, который ранее запечатлел горизонты событий других дыр, недостаточно для раздельного отображения компонентов в Mrk 501. Это открытие позволяет ученым проверить теории формирования и эволюции крупнейших структур космоса на их финальной стадии перед слиянием.

«Если гравитационные волны будут зарегистрированы, мы сможем наблюдать, как их частота постепенно растёт по мере спирального сближения двух гигантов, предоставляя редкую возможность увидеть слияние сверхмассивных чёрных дыр в реальном времени», — пояснил соавтор исследования Эктор Оливари.